Des étudiants de l’Université de Waterloo étudient des options de traitement pour protéger l’eau potable contre les proliférations d’algues nuisibles

11 octobre 2016
University of Waterloo students following a presentation pitch

En juin, les gouvernements du Canada et des États‑Unis se sont engagés à fixer de nouvelles cibles de réduction des apports de phosphore au lac Érié pour lutter contre les proliférations d’algues nuisibles et protéger le lac comme source d’eau potable. Les difficultés de traiter de l’eau fortement contaminée à la microcystine-LR, une toxine produite par des algues bleu‑vert, soulignent le besoin d’atteindre ces cibles.

Dans le cadre d’un projet de génie environnemental, quatre étudiants de quatrième année de l’Université de Waterloo ont examiné comment la toxine peut être traitée dans la station de production d’eau potable d’une collectivité. Ils ont établi les exigences techniques et les coûts de la mise à niveau d’une station de production d’eau potable de taille moyenne puisant son eau dans le lac Érié pour la rendre conforme à la norme ontarienne pour la microcystine-LR dans l’eau potable.

Photo de l’équipe des étudiants de quatrième année après avoir présenté le projet. De gauche à droite : Carlos Manzo, Gunjan Desai, Howard Tong et Amy Yang. Photo prise par Shalaba Kalliath.
Photo de l’équipe des étudiants de quatrième année après avoir présenté le projet. De gauche à droite : Carlos Manzo, Gunjan Desai, Howard Tong et Amy Yang. Photo prise par Shalaba Kalliath.

La microcystine-LR est une cyanotoxine qui peut être produite par les proliférations d’algues nuisibles. La norme ontarienne pour la microcystine‑LR dans l’eau potable est de 1,5 microgramme par litre (mg/L). Cette toxine peut causer des symptômes comme la diarrhée et l’irritation cutanée. L’équipe d’étudiants a adopté une estimation prudente de la concentration de microcystine‑LR de 100 mg/L, soit une valeur comparable aux plus fortes concentrations observées en 2014 lorsque la ville de Toledo a dû émettre un avis de non‑consommation de l’eau. Il faut cependant mentionner que de telles concentrations de microcystine‑LR n’ont jamais été mesurées à la prise d’eau de la station de production d’eau potable étudiée dans le cadre du projet.

Avant de déterminer quelles technologies pourraient être facilement mises en œuvre pour compléter les procédés actuels de la station, l’équipe a effectué une évaluation du scénario de référence. Elle a ainsi déterminé que les procédés actuels donneraient une concentration de microcystine‑LR d’environ 17 mg/L dans l’eau sortant de la station. L’équipe a effectué une analyse documentaire d’un certain nombre de technologies de traitement afin de déterminer laquelle conviendrait le mieux pour réduire la concentration à un niveau acceptable.

Au total, 14 technologies ont été étudiées, notamment le charbon activé en poudre, le charbon activé en granulés, la microfiltration, le permanganate de potassium, ainsi que la nanofiltration et l’osmose inverse. L’équipe a évalué ces technologies seules et en combinaison avec d’autres.

Étant donné l’emplacement de la station de production d’eau potable et l’infrastructure existante, l’équipe a jugé que bon nombre des technologies étudiées ne pourraient pas être appliquées de façon pratique.

Par exemple, des études antérieures ont montré que la biofiltration élimine efficacement la microcystine‑LR. Toutefois, la plupart de ces études ont été menées en Australie où la température des eaux est très différente de celle des eaux du sud de l’Ontario durant la majeure partie de l’année.

L’équipe s’est également penchée sur la chloration de l’eau, car le chlore est un oxydant qui élimine efficacement la microcystine‑LR. Or, les fortes concentrations de chlore peuvent entraîner la lyse (désintégration) des cellules, ce qui libérerait encore plus de toxines dans l’eau devant être traitée dans la station.

Étant donné la complexité du problème, l’équipe a examiné divers aspects, notamment le coût, la durabilité, la compatibilité de la station et la simplicité, afin de déterminer les technologies les plus pratiques pour la station étudiée.

Après avoir tenu compte des conseils techniques, visité la station de production d’eau potable, effectué des travaux de laboratoire et évalué les différentes options, l’équipe a déterminé la meilleure technologie : un traitement combinant permanganate de potassium et charbon activé en poudre (qui est actuellement utilisé avec d’autres procédés dans la station).

Le permanganate de potassium agit comme oxydant, et des études ont montré qu’il est suffisamment puissant pour oxyder la microcystine‑LR extracellulaire sans endommager les cellules (ce qui réduit la probabilité de libérer davantage de toxines dans l’eau). Le charbon activé en poudre est poreux et présente une grande surface de contact à laquelle les toxines s’adsorbent.

Cette technologie coûterait 20 000 dollars canadiens pour l’achat de l’infrastructure d’injection et de stockage du permanganate de potassium et environ 48 195 $ par année (132 $ par jour) pour l’achat du permanganate de potassium. Cette évaluation des coûts est fondée sur un traitement quotidien toute l’année, mais en fait la plupart des proliférations d’algues nuisibles se produisent de juillet à septembre.

D’autres méthodes de traitement ont obtenu une bonne note dans l’évaluation et sont donc considérées comme des solutions possibles : le traitement au permanganate de potassium, une combinaison de chloration et de biofiltration, une combinaison de chloration et de traitement au charbon activé en poudre et la biofiltration.

Ces recommandations sont propres à la station de production d’eau potable étudiée. Par conséquent, les types de technologies et dosages recommandés peuvent varier selon la composition de l’eau alimentant une station et l’infrastructure existante de la station. Il faut néanmoins réduire les apports de phosphore au lac Érié pour éviter des coûts supplémentaires de traitement de l’eau pour les collectivités autour du lac.